CN1833850B - 连续制造可发塑料粒料的方法 - Google Patents

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Abstract

利用本发明方法，可以在用流体发泡剂浸渍塑料熔体并将经过浸渍的熔体造粒的情况下，连续制造可发塑料粒料。方法用一种设备实施，所述设备包括下列组成部分：至少一个用于熔体的产生压力的加料装置，所述装置尤其是一种按体积泵送的加料装置，一种用于发泡剂的计量装置，用于浸渍熔体的接触和均化装置，至少一个用于经过浸渍的熔体的冷却器，一个水下造粒机，及一个设备控制装置。造粒用一种液体进行，所述液体在造粒机中用作造粒用的冷却和传送介质。通过造粒期间所用的液体施加高压，由于所述高压而至少部分地抑制发泡剂在还未固化的粒料中的发泡作用。在造粒机入口处实施调整为造粒而设定的参数，亦即经过浸渍的熔体温度和压力。

Description

连续制造可发塑料粒料的方法
技术领域
本发明涉及一种用于连续制造按照权利要求1前面描述特征部分所述的可发塑料粒料的方法。本发明还涉及用于制造这种粒料的设备。
背景技术
用于制造可发塑料粒料的一种方法及还有一种设备从EP-A-0668(＝p.6623)中已知。在所述方法的一个具体实施例中，将经过浸渍的聚合物熔体在水下造粒机中通过使形状固化制成制件。熔体通过注嘴进行挤塑；将这样形成线料用水骤冷，并通过用转刀粉碎变成粒料形式。在这种方法中，聚合物熔体在进入造粒机之前预先冷却，以便避免线料在挤塑期间膨胀。准备将经过浸渍的熔体冷却到比熔体固化温度高几℃的温度是有问题的。这是由于在象这些情况下很难能让相同量的熔体流过造粒机并排排列的所有挤塑注嘴。在熔体流动时产生不稳定性可能会导致由于熔体在注嘴中硬化而闭合各个注嘴。
发明内容
本发明的目的是对上述方法提供一种改进，通过所述改进可以控制上述不稳定性。另外，找到了一种更灵活的可供选择的方案，所述可供选择的方案可能更普遍地应用，同时两个静态混合器的组合尤其是不再需要，在上述两个静态混合器的组合中，熔体起初是用一大的剪切作用处理，而随后用减小的剪切作用处理，但是可能仍然是一种有利的变体方案。这个目的通过权利要求1中所述的方法满足。
利用本发明方法，可以在塑料熔体用一种流体发泡剂浸渍并将经过浸渍的熔体造粒的情况下，连续制造可发塑料粒料。方法通过一种设备实施，所述设备包括下列组成部分：
-至少一个用于熔体的减压加料装置(10)，所述装置(10)尤其是一种按体积泵送式加料装置，
-一种用于发泡剂的计量装置(9)，
-用于浸渍熔体的接触和均化装置(2)，
-至少一个冷却器(3)，所述冷却器(3)用于经过浸渍的熔体，
-一个水下造粒机(6)，及
-一个设备控制装置(1)。
造粒是用一种液体进行，所述液体在造粒机中用作造粒用的冷却和输送介质。液体尤其是水或盐水(或熔胶)。用造粒期间所用的液体施加高压，用于上述高压，至少部分地抑制发泡剂在还未固化的粒料中的发泡作用。在造粒机的入口处实施调整为造粒而待调节的参数，亦即经过浸渍的熔体的温度和压力。在这种调整中，进行上述参数测量，并且还将测量值与所希望的值进行比较，及通过设备控制装置利用与所希望值的偏差来对通过一个或多个冷却器从经过浸渍的熔体中吸收的热量起作用。
从属权利要求2-7涉及按照本发明所述方法的一些有利的实施例。用于实施按照本发明所述方法的设备是权利要求8-10的主题。
下面将借助于附图说明本发明。
附图说明
图1是按照本发明所述设备的示意图，
图2是水下造粒机的详图，所述水下造粒机在图1中仅以方框出现，
图3是水下造粒机造粒装置图，及
图4是按照本发明所述整个设备的示意详图，并且还定性示出熔体在流过设备时所呈现的温度和压力曲线的曲线图。
具体实施方式
用于连续制造可发塑料粒料G的方法可以用如图1示意示出的按照本发明所述的设备进行。在这种安排中，一种塑料熔体F(“加料”)用一种流体膨胀剂(发泡剂)浸渍，并将经过这样处理的熔体F造粒。设备包括下列组成部分：至少一个产生压力的加料装置10，从塑料源80得到的熔体F用上述产生压力的加料装置10按体积加料；一个发泡剂B用的发泡剂源81，所述发泡剂B用计量装置9(见图4)加到熔体F中；一个用于浸渍熔体的接触和均化装置2；至少一个用于经过浸渍的熔体的冷却器3；另一个任选的均化装置5；一个水下造粒机6；及还有一个设备控制装置1。已生产出的粒料G最终可用作一个容器82中的产品。
塑料源80可以包括一个用于从单体源材料制造塑料的聚合反应器及还有一个用于聚合物的脱气装置。塑料源80也可以是一种用于使一种类型热塑性塑料再循环的再循环装置，并且还包括一个熔化装置，尤其是可加热的挤塑机。塑料源80也可以简单地是一种粒状热塑性塑料在其中液化的熔化装置。
造粒用一种液体(优选的是水，例如还有一种盐水或一种溶胶)，所述液体在造粒机6中用作一种用于粒料的冷却和输送介质。用造粒期间所用的液体施加高压，由于所述高压，至少部分地抑制发泡剂在还未固化的粒料中的充气作用。
调整为在造粒机6入口处造粒而待调节的参数，亦即经过浸渍的熔体的温度和压力是用设备控制装置1实施。在这种调整中，进行上述参数的测量，并且还将测量值与所希望的值进行比较。与所希望值的偏差用来通过一个或多个冷却器3来对从经过浸渍的熔体中吸收的热量起作用。
造粒待调节的参数使用设备控制装置1用电子机构调整。这些机构具有若干传送信号的连接部分19，110，13，和16，所述连接部分19，110，13和16分别连接到发泡剂源81(计量泵9)上，连接到加料装置10上，连接到冷却器3(或多个冷却器)上及连接到调节器上。
下面可调节的参数与浸渍作用有关：温度、压力和保压时间。所需的保压时间取决于为浸渍而提供的发泡剂B的量。对每个预定的剂B的份额都用设备控制装置设定发泡剂流与熔体流的固定比例。这些发泡剂流和熔体流可能是可变的，它们通过体积加料法产生。在造粒机6入口处的参数温度和压力与造粒有关。
在浸渍熔体F之前，之中和/或之后，可以加入至少一种添加剂。用于加入添加剂的各点在图1中用菱形7a，7b，7c和7d示出。
加料装置10有利的是一种齿轮泵，然而它也可以是一种挤塑机。在按照本发明所述的设备中可以使用另一些加料装置(泵，挤塑机，螺杆式输送机)。用于额外加料装置的可能点在图1中示出为小圆1a，1b和1c。
水下造粒机6的操作方式借助于图2和3加以说明(见DE-A-3541500)。经过浸渍的熔体F在一种机械装置6’中造粒，所述机械装置6’由一电机600驱动。经过浸渍的熔体F首先通过一个分配器606(所述分配器606形成造粒机6的入口)到达注嘴板605，同时熔体通过注嘴板的注嘴605’进行挤塑。在入口处的一个额外的加料机构亦即螺杆式输送机是任选的。多个注嘴605’成环状方式安排在注嘴板605上。从注嘴605’排出的塑料线料进入一个装有水(或装有其它液体)的室603，在该处使经过挤塑的材料通过用转刀604的粉碎作用变成粒料形式。转刀604安放在一个刀架上，所述刀架安排在通向电机600的轴600’上。水通过一个泵60在高压(例如10巴)下经由入口连接部分601引入到室603中，水从室603冲洗粒料，在同时冷却粒料G情况下，通过出口管接头602进入分离装置61。粒料G在分离装置61中与水分离，并排入容器82中。水流过一个冷却装置62，在所述冷却装置62中，它将从新生产的粒料G中吸收的热量排放到环境中。如果分离装置61中的水压降到大气压，则将水泵60安排在上游冷却装置62的前面。如果例如用盐水代替水，则粒料G的冷却可以在一较低温度(例如＜0℃)下进行。
为了解决在本说明书开头所提到的用注嘴板605的不稳定性问题，可能必须小心控制，以便一方面，使所有注嘴温度(温度范围)相同。这用未示出的恒温器进行。另一方面，熔体F必须采取分配器606中的温度，所述温度必须相对于设备的运行状态进行调节。压力通过沿着注嘴605’的压力下降及室603中的水压产生。压力下降取决于经过处理的熔体质量流速和熔体的粘度，所述熔体的粘度与温度有很大关系。分配器606中的温度T和压力P受设备控制装置起作用达到这种程度，以使这些参数采取的值尽可能接近所希望的值。所希望的值取决于运行状态，并可以表示成数学函数或以数值表形式表示；它们可以通过小规模试验确定。
图4以一种详细示意图示出按照本发明所述的设备，所述设备已经完成，并可以用其制造EPS(可发聚苯乙烯)。一个曲线图与上述图4有关，其中示出熔体在流过设备时采用的温度T和压力P的曲线，上述设备与上面部分所示的设备一致。与图1不同，用于发泡剂B的计量泵9在图4中绘入。作为另一种差别，接触和均化装置2还包括两个串联排列的静态混合器2a和2b。在曲线图中，区间IIa和IIb对应于这些混合器2a和2b。第一区间I相当于泵10(齿轮泵)。冷却器3-相当于区间III-另外具有一个冷却装置30，所述冷却装置30使一种传热介质(热油)在一个回路中循环，并将冷却器3中所吸收的热量排放到散热装置上。在所完成的设备中，冷却器用三个静态混合器(未示出)制成，所述静态混合器的混合元件形成为热交换器管道3’。曲线图中的区间IV相当于一个第二泵40，所述第二泵40后面是静态混合器5(区间V)。一个可控制的三通阀51连接到设备控制装置1(信号线路15)上，上述三通阀51安排在混合器5和造粒机6之间(区间VI)。当需要时使用这种三通阈51-这是起动设备时的情况-可以将熔体F引入一个中间贮存容器50中。充装液体的室603在造粒机6中表示。信号传送连接部分19，110，13和16已参照图1作了说明。
若用两个静态混合器，则分别实施将发泡剂B分散到熔体中，及使混合物动态保持在一预定的压力范围内和在保压时间中，同时保压时间必须大于最小的时间间隔。分散是通过静混合元件进行，上述静态混合元件是在熔体F与细发泡剂滴的高剪切力下形成。在随后的第二混合器2b的阶段中，混合物暴露于小的剪切作用下，亦即混合物保持成动态。在这种安排中，发泡剂滴溶于熔体F。在这种安排中剪切力是如此之大，以致不会发生分层。为了使第二浸渍阶段中剪切作用更小，第二静态混合器2b具有一个穿过其进行流动的横截面，所述横截面比第一静态混合器2a对应的横截面小。
在曲线图中，曲线801以一种通过各点绘出的线示出熔体温度T。各线段元连接各温度值，所述各温度值可以在相邻设备组成部分之间的过渡段处测量，并且用三角形示出。在区间I，IIa和IIb中，温度为约220℃。曲线802示出熔体压力P的路线。用圆示出的压力P值与用三角形所示的温度值相对应。若用泵10，则压力P增加到200巴以上。将熔体F动态保持在第二静态混合器2b(曲线图的区间IIb)中是在压力P从大约100巴降到80巴时进行。
设备控制装置1通过按照本发明所述的调整使从经过浸渍的熔体中吸收的热量受一个或多个冷却器3的影响。用虚线表示的曲线801’示出曲线的一种改变的路线，所述改变的路线是随着增加冷却功率所预期得到的。因为当温度降低时熔体的粘度增加，所以冷却之后在下游产生更大的压力下降。压力曲线相应地向上移动：虚线802’。因为泵10按体积泵送，所以当流阻由于更大的粘度而增加时压力增加。在操作改变的情况下，必须适合在造粒机6处的温度T和压力P：操作中的改变是：开动设备；改变加入熔体F的质量；改变加料量(速率)；改变发泡剂B的比例；改变添加剂的组成。在象这些改变的情况下，调整必须通过设备控制装置变得有效。一旦达到稳定状态操作条件，则控制装置只是在来自环境的扰动影响时才需要。
除了聚苯乙烯之外，也可以用别的热塑性塑料作为塑料。一些例子是：苯乙烯共聚物类，聚烯烃类，尤其是聚乙烯及还有聚丙烯或者上述这些物质的混合物。
H2O，CO2，N2，一种沸点低的烃，尤其是戊烷，或者上述这些物质的混合物，也可以用作发泡剂。各种粒料形式都可以生产(取决于注嘴605’的横截面，转刀604的旋转速度及室603中的水压)。尤其是，粒料可以取“丸料”或“珠料”的形状，或者作为部分发泡的粒料进行生产。

Claims (20)

1.一种方法，用于通过用流体发泡剂(B)浸渍一种塑料熔体(F)及另外利用一种设备将经过浸渍的熔体造粒，连续制造可发塑料粒料(G)，上述设备包括下列组成部分：至少一个供熔体用的产生压力的加料装置(10)，尤其是按体泵送加料的装置，一个用于发泡剂的计量装置(9)，用于浸渍熔体的接触和均化装置(2)，至少一个用于经过浸渍的熔体的冷却器(3)，一个水下造粒机(6)和一个设备控制装置(1)，其中造粒是用一种液体，所述液体在造粒机中用作粒料的冷却和输送介质，
其特征在于：造粒期间所用的液体通过泵(60)在升高的压力下施加入所述造粒机(6)中，在此基础上至少部分地抑制发泡剂在还未固化的粒料中的发泡作用，及调整用于造粒的待设定的参数，其中所述参数是在造粒机入口处经过浸渍的熔体的温度和压力，并且通过设备控制装置测量上述温度和压力以提供测量值，以便将测量值与所希望的值进行比较，并且测量值与所希望的值之间的偏差被设备控制装置用来调整和作用于对由一个或多个冷却器从经过浸渍的熔体中吸收的热量。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述液体是水。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述液体是盐水。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，用静态混合器作为接触和均化装置(2)和/或一个或多个冷却器(3)同样是静态混合器。
5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，上述静态混合器包括混合元件。
6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于，所述混合元件设计为热交换器管道。
7.按照权利要求1-6其中之一所述的方法，其特征在于，用于熔体的加料装置(10)是一种齿轮泵或一种挤塑机，上述加料装置的加料功率可以相对于待浸渍的熔体(F)产生的变量被设备控制装置(1)作用，同时控制发泡剂(B)的计量供应。
8.按照权利要求1-7其中之一所述的方法，其特征在于：在接触和均化装置(2)的第一阶段中，尤其是通过一个静态混合器(2a)中的强力剪切作用，将发泡剂(B)分散在熔体(F)中，及将这样得到的混合物进给到一个第二阶段(2b)，在所述第二阶段(2b)中将上述混合物动态保持在预定的压力范围内，及另外在保压时间期间保持在一预定的时间间隔内。
9.按照权利要求1-8其中之一所述的方法，其特征在于，利用聚苯乙烯，苯乙烯共聚物，聚烯烃类，或者上述材料的混合物作为塑料(F)，及利用H2O，CO2，N2，一种沸点低的烃，或者上述物质的混合物作为发泡剂(B)。
10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，所述聚烯烃是聚乙烯。
11.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，所述聚烯烃是聚丙烯。
12.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，所述沸点低的烃是戊烷。
13.按照权利要求1-12其中之一所述的方法，其特征在于，在浸渍之前、之中和/或之后，混合至少一种添加剂。
14.如权利要求1-13其中之一所述的方法，其特征在于，生产各种粒料形状的其中之一。
15.按照权利要求14所述的方法，其特征在于，粒料(G)生产成“丸料”的形状。
16.按照权利要求14所述的方法，其特征在于，粒料(G)生产成“珠料”的形状。
17.按照权利要求14所述的方法，其特征在于，粒料(G)作为一种部分发泡的粒料生产。
18.一种设备，用于制造按照权利要求1-17其中之一所述的可发塑料粒料(G)，其特征在于，所述设备包括下列串联排列的组成部分：用于待浸渍的熔体的第一齿轮泵(10)或挤塑机(10)，静态混合器(2)，所述静态混合器(2)带一个入口连接部分，所述入口连接部分连接到发泡剂(B)的计量泵(9)上，一个冷却器(3)或一连串冷却器，所述冷却器的热交换器部分设计成静态混合元件，第二齿轮泵，所述第二齿轮泵安排在冷却器系列内，另一个静态混合器(5)，水下造粒机(6)，和电子设备控制装置(1)，所述控制装置(1)被提供用于调整为造粒而设定的参数，并为此具有信号传送连接部分(110，13，16，19)，所述连接部分连接到上述泵或挤塑机(9，10)上，连接到一个或多个冷却器上及还连接到造粒机上。
19.一种设备，用于制造按照权利要求1-17其中之一所述的可发塑料粒料(G)，其特征在于，所述设备包括下列串联排列的组成部分：用于待浸渍的熔体的第一齿轮泵(10)或挤塑机(10)，静态混合器(2)，所述静态混合器(2)带一个入口连接部分，所述入口连接部分连接到发泡剂(B)的计量泵(9)上，一个冷却器(3)或一连串冷却器，所述冷却器的热交换器部分设计成静态混合元件，第二齿轮泵，所述第二齿轮泵安排在一个或多个冷却器的下游，另一个静态混合器(5)，水下造粒机(6)，和电子设备控制装置(1)，所述控制装置(1)被提供用于调整为造粒而设定的参数，并为此具有信号传送连接部分(110，13，16，19)，所述连接部分连接到上述泵或挤塑机(9，10)上，连接到一个或多个冷却器上及还连接到造粒机上。
20.按照权利要求18或19所述的设备，其特征在于：在第一齿轮泵之后的静态混合器(2)是第一静态混合器(2a)，第一静态混合器(2a)之后是第二静态混合器(2b)，第一静态混合器中的混合元件产生的剪切作用大于第二静态混合器中产生的剪切作用，及第二静态混合器具有一流动横截面，所述流动横截面大于第一静态混合器相应的横截面。
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